透射電鏡圖像顯示，研究團(tuán)隊(duì)得到的無機(jī)磷酸鈣納米纖維和常規(guī)合成中得到的羥基磷灰石有著不同的結(jié)構(gòu)：原本羥基磷灰石中的鈣離子是周期性排列的，而在團(tuán)隊(duì)制備的復(fù)合礦物樣品中，鈣離子會(huì)有周期性的缺失。

  劉昭明解釋道，正是由于鈣離子的周期性缺失，讓原本穩(wěn)定、剛性的無機(jī)離子網(wǎng)絡(luò)變?yōu)轭愃朴?至4條“無機(jī)離子鏈”平行排列的結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)可變。這樣的結(jié)構(gòu)降低了磷酸鈣內(nèi)部的交聯(lián)密度，離子之間的距離可以相對(duì)更容易地拉長(zhǎng)或壓縮，從而使無機(jī)結(jié)構(gòu)具有一定的可彎曲性。

  經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，這一復(fù)合礦物拉伸強(qiáng)度在20兆帕左右，彈性模量在600兆帕左右，整體表現(xiàn)出類似塑料的柔韌性，性能與傳統(tǒng)塑料類似，可以進(jìn)行拉伸或者彎曲。此外，復(fù)合礦物由于無機(jī)物的含量高，硬度也比一般的塑料高，應(yīng)用中不太容易形成劃痕。

  通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)復(fù)合礦物對(duì)環(huán)境基本友好

  現(xiàn)如今，除了可降解塑料外，紙制品、竹木制品等塑料替代品，一定程度上可減緩“白色污染”，但在防水性、柔韌性、防火性等方面，卻未能完全替代塑料制品，因此還有待新的替代品出現(xiàn)，填補(bǔ)缺陷。

  2019年，劉昭明研究員團(tuán)隊(duì)曾在《自然》雜志發(fā)表“無機(jī)離子聚合”技術(shù)，成功制備無機(jī)離子寡聚體，實(shí)現(xiàn)像做塑料那樣制備宏觀的無機(jī)礦物材料，為此次復(fù)合礦物的研究打下了基礎(chǔ)。

  由于大片水域遭塑料傾倒、人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)微塑料或動(dòng)物誤食塑料致死等新聞常見諸報(bào)端。對(duì)此，研究團(tuán)隊(duì)做了一些模擬復(fù)合礦物自然界被風(fēng)化、被浸泡、被動(dòng)物吞噬等過程的實(shí)驗(yàn)。

  實(shí)驗(yàn)的大致結(jié)論是，復(fù)合礦物在水中長(zhǎng)時(shí)間浸泡(3個(gè)月以上)后，其中的聚乙烯醇和海藻酸可以被溶解，它們對(duì)環(huán)境友好，不會(huì)造成污染，剩下的沉淀是結(jié)晶的羥基磷灰石，與地質(zhì)中的礦物羥基磷灰石無異。

  劉昭明表示，復(fù)合礦物在海水浸泡或風(fēng)化作用下，最終會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榈刭|(zhì)礦物，回歸自然。此外，在pH值為4的酸性環(huán)境中，復(fù)合礦物中的無機(jī)物質(zhì)會(huì)溶解。因此如果這種材料被動(dòng)物誤食，理論上是可以被緩慢降解吸收的，不太可能會(huì)產(chǎn)生堵塞野生動(dòng)物消化系統(tǒng)的問題。

  此外，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，相比一般的塑料在火焰中會(huì)被點(diǎn)燃并熔化，復(fù)合礦物燃燒時(shí)無明顯變化，燃燒后會(huì)變成磷酸三鈣一類的結(jié)晶礦物，從而失去韌性。

  據(jù)介紹，研究團(tuán)隊(duì)將圍繞降低復(fù)合礦物制備成本等方面展開進(jìn)一步研究。“材料中無機(jī)物含量達(dá)到80%已經(jīng)是很大的突破，但是剩下接近20%的有機(jī)高分子使復(fù)合礦物不能變成真正的礦物。”劉昭明說，團(tuán)隊(duì)還希望能揭示“周期性缺陷結(jié)構(gòu)”磷酸鈣的形成機(jī)理，并將復(fù)合礦物中的有機(jī)高分子完全去除，讓人類對(duì)無機(jī)物的認(rèn)識(shí)、合成與結(jié)構(gòu)控制能更上一層樓。